[논문]프라이머 코팅과 열융착 필름 라미네이팅을 통해 제조한 충격 완화용 고강력 에어쿠션 직물에 관한 연구

김지연; 김훈민; 민문홍

doi:10.5764/tcf.2021.33.4.269

프라이머 코팅과 열융착 필름 라미네이팅을 통해 제조한 충격 완화용 고강력 에어쿠션 직물에 관한 연구
Study on the High-Strength Air-Cushion Fabrics for Impact-Relief Application Prepared through Primer Coating and Thermal Film Laminating 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.33 no.4, 2021년, pp.269 - 279

김지연 (DYETEC연구원) , 김훈민 (DYETEC연구원) , 민문홍 (DYETEC연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the laminating of TPU film after coating of primer adhesive on the fabrics was applied in order to secure the strength to withstand a fall from a higher altitude by increasing the adhesion between the fabric and the film layer. It seems that the fineness of the yarn and the weave construction have a greater effect than the type of the laminating films. The order of superiority of the laminated fabrics by film type and thickness was the same for 1000 denier and 210 denier fabrics, and the tendency was consistent with the order of superiority in the film properties and peel strength tests. The tear strength of laminating fabrics increased three to four times for 1000 denier fabrics compared to the fabric alone, but it decreased by 2 times for the 210 denier fabrics. Summarizing the above results, it is most appropriate to combine 1000d fabric with three types of laminating films(100~200㎛ thickness) of A(0.2T) or B(0.15T) or D(0.1T) considering the air pressure resistance, the impact resistance during the fall, and the durability against damage during use.

주제어

표/그림 (10)

표 Table 1. Characteristics of fabrics for coating and laminating
표 Table 2. Thickness, tensile strength, elongation, and 100% modulus of various TPU films
그림 Figure 1. DSC thermogram of PU adhesive for primer coating.
그림 Figure 2. DSC thermogram of various TPU films.
그림 Figure 3. SEM images of 1000d PET fabrics laminated with various TPU films; (a) Film A 0.2T, (b) Film A 0.02T, (c) Film B 0.15T, (d) Film B 0.2T, (e) Film C 0.1T, (f) Film D 0.1T.
그림 Figure 4. SEM images of 210d Nylon fabrics laminated with various TPU films; (a) Film A 0.2T, (b) Film A 0.02T, (c) Film B 0.15T, (d) Film B 0.2T, (e) Film C 0.1T, (f) Film D 0.1T.
그림 Figure 5. Tensile strength of laminated fabrics with various textiles and TPU films.
그림 Figure 6. Tensile elongation of laminated fabrics with various textiles and TPU films.
그림 Figure 7. Tear strength of laminated fabrics with various textiles and TPU films.
표 Table 3. Mechanical properties of laminated fabrics depending on various textile and TPU films

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 고소 작업 중 낙하 시 높이에 의한 고충격력 및 지면 낙하 후 2차 충격력, 전도 상황을 가정할 때, 필름 소재의 에어백 형태보다는 고강력 직물과 필름 간 복합층을 형성하여 필름의 강도를 직물이 보완하고 작업 현장의 날카로운 물건 등에 기인되는 꿰뚫림에 의한 터짐을 방지하는 방안을 대안으로 설정하였다.
이상의 선행 연구를 통해 고강력 직물과 열가소성 필름 간 열융착 라미네이팅 기법을 적용한 고충격용 에어쿠션 소재 가능성을 확인하였으며, 이를 바탕으로 본 연구에서는 외부 환경에 노출되는 산업현장의 온, 습도 변화와 장기 보관에도 안정하고 보다 높은 추락 상황에서의 고충격력에도 견딜 수 있는 물성을 가질 수 있도록 라미네이팅 기법의 보완 및 소재 도출 연구를 실시하고자 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 열가소성 필름과 원단을 열과 압력을 이용하여 직접 융착한 이전의 연구와 달리, 내충격력과 보관 안정성을 개선하기 위하여 필름과 원단면 사이에 프라이머 접착층을 추가하여 라미네이팅 하는 기법을 적용하였다. 이에 직물과 프라이머층, 필름층의 적층 형상 관찰을 위하여 Figure 3에 1000d 직물에 대한 필름 6종 라미네이팅 원단의 단면을 전자 현미경으로 100배의 비율로 촬영하였고, Figure 4에는 210d 원단의 단면 사진을 정리하였다.
1. 프라이머 접착층으로 사용한 폴리머는 녹는점(Tm) 48℃～70℃ 범위의 PU 타입으로 Direct coating을 위한 적정 흐름성 및 점도를 부여하기 위해 80℃의 오븐에서 1시간 정도 전처리를 실시하였다. 라미네이팅용 필름 6종의 녹는점(Tm)은 146℃ 부근, 157℃ 부근의 두 그룹으로 구분되었다.

성능/효과

1-4)과 유사한 형태의 보호구 제품 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다. 자전거나 바이크 등의 지면 위주의 활동과 달리 산업현장의 고소 작업은 지면으로부터 2m 이상의 높이에서 진행되고 있어, 추락 및 전도 시 발생하는 충격력에 대한 추가적인 고려를 통해 고소작업 산업현장 작업자에게 적합한 에어쿠션 소재를 개발할 필요가 있다.
본 연구에서 사용한 고강력 폴리에스터 직물은 산업용 고강력 폴리에스터 원사(1000d/249f, Hyosung TNC Co., Korea)를 경사, 위사로 하여 밀도 42 × 42 본/inch, 2 × 2 바스켓직으로 제직하였으며 중량은 416g/m²이다. 한편, 비교를 위해 섬도 및 중량이 낮아서 착용성 및 제품화에 용이한 장점이 있는 210d급 고강력 나일론6 원사(210d/24f, Robic, Hyosung TNC Co.
원사의 섬도가 강도에 미치는 영향을 알아본 결과, 동일한 필름 기준 1000d 라미네이팅 원단이 210d 원단에 비해 약 3배 강도가 높아 원사의 섬도, 조직의 영향이 크게 작용하였다. 2종의 직물 모두 라미네이팅 후 인장강도가 10～40% 저하되어 프라이머 접착층과 필름층이 신장 범위를 제한함을 확인하였다. 강도의 우열은 직물 2종 모두 필름 단독 실험에서 우수한 순서와 경향이 일치하였으며, 인장신도는 라미네이팅 후 15～30% 저하되었다.
2.3 물성평가
3.4 라미네이팅 에어쿠션 소재의 인장강도, 인장신도, 박리강도 평가 결과
5⁾. 이러한 물성을 만족할 수 있는 직물과 폴리머의 접착 방법으로는 고강력 폴리에스터 또는 나일론 직물에 실리콘 수지를 나이프 코팅방식으로 코팅하는 방법이나 열가소성 폴리우레탄-코팅 기법이 사용되고 있다^5-7).
Figure 6의 인장신도는 라미네이팅 전의 1000d 직물이 경사 기준 21.6% 인데 반해 필름을 라미네이팅 하면 15.3～18.
2종의 직물 모두 라미네이팅 후 인장강도가 10～40% 저하되어 프라이머 접착층과 필름층이 신장 범위를 제한함을 확인하였다. 강도의 우열은 직물 2종 모두 필름 단독 실험에서 우수한 순서와 경향이 일치하였으며, 인장신도는 라미네이팅 후 15～30% 저하되었다.
필름 종류별 영향은 두께가 동일한 200㎛ 필름 2종 중에서는 B보다 A, 100㎛ 필름 2종 중에서는 C보다 D가 우수하였다. 동일 소재 중에서는 두께가 10배 차이가 나는 경우를 제외하고는 필름 두께의 영향은 거의 없었다. 한편 200㎛와 100㎛로 두께가 약 2배 상이한 경우, 두께보다는 필름의 종류가 기계적 물성에 미치는 영향이 더 큰 것으로 확인되었다.
라미네이팅 원단의 인열강도를 텅법으로 측정한 결과, 1000d 원단의 경우는 직물 단독 대비 3 ~ 4배 증가하였으나 210d 원단은 2배 저하되어 원사 섬도별 차이가 발생하였다. 또한, 1000d 원단은 필름 종류별 인열강도 차이가 거의 없으나 210d 원단은 필름 두께의 영향을 받는 것으로 확인되었다. 따라서 인열강도 측면에서는 라미네이팅 후 강도가 증가한 1000d 원단이 상대적으로 우수하고 다양한 필름이 적용 가능할 것으로 생각된다.
3. 라미네이팅 원단의 단면을 전자현미경으로 측정한 결과, 원사의 섬도 및 조직과 필름의 종류와 무관하게 모두 직물에 접착제가 긴밀하게 도포되고 그 위에 필름이 부착되어 있음을 확인할 수 있었다. 프라이머 층의 두께는 1000d와 210d 직물 모두 90 ~ 130㎛ 범위이며, 직물 대비 필름층 비율이 1000d 라미네이팅 원단은 두께 기준 20 ~ 36%이고, 210d 라미네이팅 원단은 37 ~ 56%으로 섬도가 낮은 원단의 필름층 비율이 약 1.
5. 라미네이팅 원단의 인열강도를 텅법으로 측정한 결과, 1000d 원단의 경우는 직물 단독 대비 3 ~ 4배 증가하였으나 210d 원단은 2배 저하되어 원사 섬도별 차이가 발생하였다. 또한, 1000d 원단은 필름 종류별 인열강도 차이가 거의 없으나 210d 원단은 필름 두께의 영향을 받는 것으로 확인되었다.
프라이머 접착층으로 사용한 폴리머는 녹는점(Tm) 48℃～70℃ 범위의 PU 타입으로 Direct coating을 위한 적정 흐름성 및 점도를 부여하기 위해 80℃의 오븐에서 1시간 정도 전처리를 실시하였다. 라미네이팅용 필름 6종의 녹는점(Tm)은 146℃ 부근, 157℃ 부근의 두 그룹으로 구분되었다.
4. 원사의 섬도가 강도에 미치는 영향을 알아본 결과, 동일한 필름 기준 1000d 라미네이팅 원단이 210d 원단에 비해 약 3배 강도가 높아 원사의 섬도, 조직의 영향이 크게 작용하였다. 2종의 직물 모두 라미네이팅 후 인장강도가 10～40% 저하되어 프라이머 접착층과 필름층이 신장 범위를 제한함을 확인하였다.
이상의 결과를 바탕으로 직물과의 라미네이팅 후 에어쿠션 소재의 추락 및 팽창 상황을 가정하였을 때 강도가 높고 유연한 필름은 200㎛ 기준으로는 Film A, 100㎛ 기준 Film D이며, 인체착용을 위해 수납성과 중량을 고려한 25㎛ 두께의 얇은 Film A도 100㎛ 부근의 타 소재 필름과 유사한 강도를 나타냄을 확인하였다. 단, 필름 단독 측정결과를 바탕으로 예측한 것으로 직물과 라미네이팅 후 에어쿠션 소재에 대한 인장강도와 신도를 추가 측정하였다.
이상의 결과를 볼 때 인열강도의 관점에서는 직물 단독 상태보다 라미네이팅 후 수치가 증가한 1000d 직물 라미네이팅 원단이 210d 직물 대비 상대적으로 우수하고 필름의 두께 및 종류의 영향도 적은 것으로 확인되었다.
6. 이상의 결과를 종합해 보면, 원사 섬도의 영향은 1000d 라미네이팅 원단이 210d 원단에 비해 인장강도/신도와 인열 강도가 상대적으로 우수하였다. 필름 종류별 영향은 두께가 동일한 200㎛ 필름 2종 중에서는 B보다 A, 100㎛ 필름 2종 중에서는 C보다 D가 우수하였다.
7. 제조된 12개의 시편 중, 내압성과 내충격성 및 내구성을 고려할 경우 1000d 직물과 100～200㎛ 두께의 A 0.2T, B 0.15T, D 0.1T 3종을 조합하는 것이 가장 적합하였다. 또한, 제품화 시 착용자의 활동 편의성을 고려한 25㎛ 필름 A 0.
2. 종류와 두께가 상이한 TPU 필름 6종에 대한 인장강도와 신도, 100% Modulus 측정결과, 에어쿠션 소재의 추락 시 충격력에 견딜 수 있도록 강도가 높고 팽창 시 유연한 필름은 200㎛ 기준 Film A, 100㎛ 기준 Film D이며, 인체 착용 시 편의성을 확보하기 위해 외피 내부로의 수납성과 중량을 고려한 25㎛ 두께의 얇은 Film A도 100㎛ 부근의 타 소재 필름과 유사한 강도를 나타냄을 확인하였다.
측정결과, 인열강도 결과는 라미네이팅 전의 1000d 직물이 경사 기준 170N이고 필름이 라미네이팅된 후에는 533～672N으로 약 3～4배 정도 크게 증가한 것으로 나타나, 인열강도 시험 시 커팅 부위에서 필름층과 직물층이 견고하게 부착되어 날카로운 물체 등으로 인해 찢어지더라도 그 이상의 손상을 예방할 수 있을 것으로 생각된다.
라미네이팅 원단의 단면을 전자현미경으로 측정한 결과, 원사의 섬도 및 조직과 필름의 종류와 무관하게 모두 직물에 접착제가 긴밀하게 도포되고 그 위에 필름이 부착되어 있음을 확인할 수 있었다. 프라이머 층의 두께는 1000d와 210d 직물 모두 90 ~ 130㎛ 범위이며, 직물 대비 필름층 비율이 1000d 라미네이팅 원단은 두께 기준 20 ~ 36%이고, 210d 라미네이팅 원단은 37 ~ 56%으로 섬도가 낮은 원단의 필름층 비율이 약 1.5배 더 높게 나타났다.
이상의 결과를 종합해 보면, 원사 섬도의 영향은 1000d 라미네이팅 원단이 210d 원단에 비해 인장강도/신도와 인열 강도가 상대적으로 우수하였다. 필름 종류별 영향은 두께가 동일한 200㎛ 필름 2종 중에서는 B보다 A, 100㎛ 필름 2종 중에서는 C보다 D가 우수하였다. 동일 소재 중에서는 두께가 10배 차이가 나는 경우를 제외하고는 필름 두께의 영향은 거의 없었다.
반면 동일한 100㎛의 두께를 가진 Film C와 D는 D가 약 2배 더 높은 신도를 나타내어 필름의 소재별 차이도 영향을 주는 것으로 생각된다. 필름의 유연성, Toughness 특성을 나타내는 100% Modulus 측정결과, 인장신도가 낮은 필름들이 높은 값을 나타내어 100% 신장에 소요되는 힘이 더 필요한 상관관계를 확인할 수 있었다. Film A의 두께가 상이한 2종을 비교해보면 25㎛ 필름의 신장을 위해 200㎛ 필름 대비 1.
동일 소재 중에서는 두께가 10배 차이가 나는 경우를 제외하고는 필름 두께의 영향은 거의 없었다. 한편 200㎛와 100㎛로 두께가 약 2배 상이한 경우, 두께보다는 필름의 종류가 기계적 물성에 미치는 영향이 더 큰 것으로 확인되었다.

후속연구

또한, 1000d 원단은 필름 종류별 인열강도 차이가 거의 없으나 210d 원단은 필름 두께의 영향을 받는 것으로 확인되었다. 따라서 인열강도 측면에서는 라미네이팅 후 강도가 증가한 1000d 원단이 상대적으로 우수하고 다양한 필름이 적용 가능할 것으로 생각된다.
1T 3종을 조합하는 것이 가장 적합하였다. 또한, 제품화 시 착용자의 활동 편의성을 고려한 25㎛ 필름 A 0.02T 역시 일정 수준의 물성이 확보됨을 확인하였으므로 중량이 낮고 수납성이 양호한 장점을 참조하여 적절한 용도로 전개 가능할 것으로 기대된다.
본 연구와 같이 라미네이팅을 통해 필름과 직물을 접착하게 될 경우, 필름이 직물의 강도와 신율에 영향을 미칠 수 있으므로 이를 최소화할 수 있는 필름을 선정할 필요가 있다. 따라서 직물과 필름 각각이 가진 강도와 신도 특성을 고려하고, 추락 시의 높은 충격력에 대한 강도와 팽창이 가능한 신율 및 모듈 러스를 가져야 하므로 소재 및 두께별 필름 6종에 대한 특성을 비교해 보고자 하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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